基于ARM單片機的汽車電動助力轉向系統的研究

摘　要： 在研究了電動助力轉向系統(EPS)及其控制器(ECU)結構和工作原理的基礎上，設計了基于ARM S3C44B0X單片機的控制系統。通過方向控制電路、H橋電機驅動電路和PWM脈寬調制技術實現對電機的控制。研制的硬件控制器通過了有關的電氣性能測試，并采用模糊PD控制策略對EPS原地轉向的助力特性進行了仿真分析。

電動助力轉向系統(EPS)是汽車工程領域的熱門課題之一，目前研究的主要內容為EPS系統的控制規則和硬件控制器(ECU)的設計，而控制規則的實現必須以一個穩定、可靠的控制器為基礎。現有的控制器多數基于功能增強的8位單片機，也有的用DSP。目前，以32位處理器作為高性能嵌入式系統開發的核心是嵌入式技術發展的必然趨勢。ARM處理器因其具有突出的優點在32位微控制器領域里得到非常廣泛的應用,在32位嵌入式系統應用中穩居世界第一[1]。在汽車電子技術領域，從車身控制、底盤控制、發動機管理、主被動安全系統到車載娛樂、信息系統等，都離不開嵌入式技術的支持[2]，因此，ARM處理器在汽車電子領域有著良好的應用前景。本文研究了電動助力轉向系統(EPS)及其控制器(ECU)的結構和工作原理，并在此基礎上研究了基于ARM S3C44B0X單片機的電動助力轉向控制系統。

1 EPS工作原理

圖1是一個典型的電動助力轉向系統原理圖。當汽車轉向時，轉矩傳感器測出方向盤的輸出轉矩，送給控制器ECU，控制器再綜合由車速傳感器送來的車速信號，并根據相應的控制策略確定一個目標電流，控制電動機轉動。電動機的輸出轉矩通過離合器、減速機構施加給轉向柱輸出軸，并經過齒輪齒條等轉向機構的作用使車輪偏轉一定的角度，從而起到對轉向系統的助力作用。

2 控制器的結構和原理

　　控制器主要由A/D采集電路、H橋電機控制電路和系統保護電路等組成，其結構如圖2所示。當車輛啟動后，系統接收到點火信號，開始進入工作狀態，采集轉矩信號和車速信號并送給單片機。根據已定的控制規則，由系統確定一個目標電流和電機轉動的方向，并以PWM調制的方式通過H橋電路來驅動電機轉動。同時，系統對電機的輸出電流進行采樣，一方面將采樣結果與目標電流相比較，用以對電機進行控制；另一方面結合車速信號，用以對系統的保護[3]。當電機電流大于設定值或車速高于設定值時，為了保護電機和系統的安全，控制器將對繼電器發出一個控制信號，斷開電機電源，停止助力，待系統正常后，再恢復助力功能。

3 控制器的設計